冷凍窒素に駆動されて冥王星に風が吹いています

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地球と冥王星には共通点があまりありません。地球は活気に満ちた生きている世界ですが、冥王星は冷たく、遠く、生命がありません。しかし、彼らが共通して持っているのは窒素です。正確なパーセンテージは不明ですが、地球の大気は約78％の窒素であり、冥王星の主要な大気成分も窒素です。

表面温度が約42ケルビン（-231℃）である冥王星では、その窒素のほとんどが凍結されています。新しい研究によると、冥王星の凍った窒素は惑星の風を動かし、その地表面を形作っているそうです。

NASAのニューホライズンズ宇宙船が冥王星に到着する前は、惑星やその表面の特徴についてはあまり知りませんでした。 2015年7月に宇宙船が到着したとき、私たちは皆、冥王星が思っていたよりもはるかに活動的な場所であることを知って驚きました。また、惑星の表面にある大きく色の薄い領域であるトンボーレジオを初めて見たときでもあります。

とにかく人間の目には非常に奇妙な場所です。ハートのように見える2つの大きなローブがあり、天文学者は時々それを「冥王星のハート」と呼んでいます。西葉はスプートニクプラニティアと呼ばれ、水氷でできた6200メートル（20,000フィート）の高山（Tenzing Montes、以前のNorgay Montes）と窒素氷で覆われた広大な平野が特徴です。

新しい論文によると、スプートニクプラニティアの広大な窒素堆積物は、冥王星の風を動かし、惑星の表面を形作っています。論文のタイトルは「プルートの鼓動する心臓が大気循環を調節する：高解像度および複数年の数値気候シミュレーションの結果」これはJournal of Geophysical Researchに掲載されています。筆頭著者は、NASAのエイムズ研究センターの天体物理学者で惑星科学者のタンギーバートランドです。

「Plutoには誰にとってもいくつかの謎があります。」
Tanguy Bertrand、Ames Research Center、主執筆者

プルートの薄い大気のほとんどは窒素であり、少量の二酸化炭素とメタンもあります。大量の凍結窒素がスプートニクプラニティアにあり、日中は気温が上昇して昇華し、蒸気に変わります。夜になると、プロセスが逆転し、窒素が再び凍結して表面に落ちます。サイクルが繰り返されるたびに、それはポンプ、または「ハートビート」のように機能し、惑星の周りに窒素の風を送ります。

その風は惑星の回転の反対方向に流れ、それは惑星の異常な表面の特徴の原因であるかもしれません。窒素に富む薄い風が地表に沿って吹くと、熱、氷の粒子、ヘイズ粒子が運ばれ、北部と北西部に暗い風の筋と平野が生まれます。

「これは、冥王星の大気と風（大気の密度が非常に低い場合でも）が地表に影響を与える可能性があるという事実を強調しています」と、NASAのカリフォルニア州エイムズ研究センターの天体物理学者で惑星科学者であり、研究の筆頭著者であるタンギーバートランドは述べた。

スプートニクプラニティア地域、つまり冥王星の心臓の左葉は、他の惑星より標高が低く、ほとんどの窒素を含んでいます。スプートニクプラニティアは、深さ3 km（1.9マイル）の盆地にある1,000 km（620マイル）の氷床です。右葉は主に高地と窒素氷河です。

「ニューホライズンが登場する前は、誰もが冥王星はネットボールになると思っていました。完全にフラットで、ほとんど多様性がありません」とベルトランドはプレスリリースで語った。「しかし、それはまったく異なります。さまざまな景観があり、そこで何が起こっているのかを理解しようとしています。」

冥王星の雰囲気を薄いと表現するのは控えめな表現です。地球の約10万分の1の厚さです。では、風景を形作る薄い雰囲気の中でどのように風が吹くのでしょうか

Bertrandのチームは、冥王星のニューホライズンズフライバイからデータを取得し、窒素風をシミュレートする天気予報モデルを構築しました。

チームは、4 km（2.5マイル）を超える風が西に吹くことを発見しました。これは、冥王星のスピンの反対方向です。トンボーレジオの凍った窒素が北で昇華して蒸気になり、南で再び氷になると、その動きが西向きの風を引き起こします。この状況は、海王星の月であるトリトンを除いて、私たちの太陽系ではおそらく独特です。

研究者たちはまた別の風の流れを発見しました。これは地表近くの強くて速い風です。スプートニク平原盆地の西端に沿って吹きます。地球には同じような風のパターンがあり、地形の輪郭に従っています。

研究によると、風は窒素蒸気が凝縮して氷に戻ることで駆動されます。スプートニクプラニティアの標高の高い崖は、盆地の中に冷たい空気を閉じ込めます。そこを循環するにつれて、それはより強くなります。

冥王星の窒素の鼓動がこれらの風を動かしているなら、それらはスプートニクプラニティアの西の風の筋と暗い平野を説明するかもしれません。風が表面を暖めるのに十分な熱をもたらす場合、それは縞や平野を引き起こす可能性があります。または、かすみの粒子を堆積させて、氷を暗くして侵食する可能性があります。風が反対方向に吹いた場合、つまり冥王星のスピンと同じ方向に吹いた場合、景観は大きく異なる可能性があります。

「スプルトニクプラニティアは、海が地球の気候にとって重要であるのと同様に、冥王星の気候にとっても重要である可能性があります」とベルトラント氏は述べた。「スプートニクプラニティアを削除すると、冥王星の中心部を削除すると、同じ循環ができなくなります」と彼は付け加えました。

冥王星で最も「有名な特徴」はおそらくブレード地形です。ブレードのある地形は、主にメタン氷でできた高層ビルサイズのギザギザの地形のフィールドです。それらは赤道近くの高高度にあります。それらは冥王星の鼓動している窒素の心臓の人工物かもしれませんか？

彼らの論文では、研究者たちは「... CH4（メタン）氷の赤道の蓄積の期間中、逆回転とスプートニクプラニティアからの冷たいN2豊富な空気の注入は、ガス状のCH4を輸送して西に押し出すことができるため、最西端の経度（つまり、スプートニクプラニティアの東）でのCH4氷の蓄積により、そこにブレード地形が形成されました。」

彼らはまた、「...ブレード地形堆積物の尾根（「ブレード」）は支配的なN-S配向を示し、これはこの特異な大気循環レジームからも部分的に発生する可能性がある」と述べています。

今のところ、これらの窒素風がブレード地形を引き起こす可能性があるかどうかは不確かに思われます。しかし、チームはそれを試してみるつもりです。「将来的には、これらのアイデアをさらに探求し、高解像度の長期GCMシミュレーションを使用して、これらの長手方向の非対称性と特異な地質形成につながるプロセスを調査する予定です。」

彼らの結論では、著者らは「凍った表面と希薄な大気にもかかわらず、冥王星の気候は著しく活発であることを私たちの研究は確認している」と述べています。おそらく誰もが思っていたよりもはるかにアクティブです。

ニューホライズンズは冥王星の周りの軌道に入ることができませんでした。それは難しいことであり、それが決してその使命ではありませんでした。 NASAは将来的に冥王星探査機を検討していますが、それまでの間、私たちが氷のような準惑星について学んだことはすべて、1回の接近飛行から学びました。それでも、興味をそそられ、この魅力的で神秘的な世界についてもっと知りたいと思いました。

「冥王星は誰にとってもいくつかの謎を秘めています」とバートランドは言った。